-
Optisches System für Geräte, bei denen ein Auffänger für eine Ultraratstrahlung
Verwendung findet Für Geräte, die zum Betrachten von Bildern, Photographieren von
Gegenständen und zum Signalisieren mit ultraroten Strahlen oder zum Nachweis derselben
dienen, bei denen als Fänger der Strahlung .eine Plhosphorschicht oder ein .anderer
für den Nachweis von Ultrarotstrahlung genügender Empfänger Verwendung findet, wird
von (dem zugehörigen optischen System zur Erzielung guter Bildqualitäten, genügender
Helligkeit und einem großen Ausbildungsmaßstab ein Aufnahmesystem mit hoher öffnung
und langer Brennweite verlangt. Die in dieser Richtung gestellten Forderungen können
für gewisse Fälle mit Objektiven erfüllt werden, die eine Öffnung von i : 1,5 und
eine Brennweite F = 500 mm und einen Zerstreuungskreis am Rande des Bildfeldes
von 0,4 mm haben..
-
Untersuchungen an bekannten Linsenobjektiven mit der Öffnung i :1,5
und einer Brennweite von a5 mm ergaben einen Zerstreuungskreisdurchmesser auf der
Aahse von o,o35 mm bei einem Spektralbereich von 486 bis 656 lt.
Der Zerstreuungskreis
entsteht durch sphärische und chromatische Fehler, die sich grundsätzlich nicht
zu ioo% beseitigen lassen. Bei Vergrößerung der Brennweite auf Ioomm kann daher
für das obengenannte Beispiel im günstigsten Falle ein Zerstreuungskreis von 0,7
mm Durchmesser im sichtbaren Bereich erwartet werden. Da nun jedoch weiterhin die
Forderung besteht, daß.der Zerstreuungskreisdurchmesser bei Ausnutzung des Spektralbereiches
von 770 bis 16oo ,u am Rande des Bildfeldes höchstens o,q. mm betragen soll,
läßt sich diese Forderung mit Linsenobjektiven nicht erfüllen. Sie kann im Ultrarot
nur durch Spiegellinsensysteme verwirklicht werden, die aus drei einzelnen Gliedern
bestehen, deren zwei als Spiegel und eines als Linse ausgebildet sind. Eine solche
Anordnung ist an sich zwar bekannt, läßt sich jedoch bisher als Aufnahmesystem nur
bei geringer Öffnung verwenden, bei welcher sphärische und chromatische Fehler leicht
zu beheben sind. Diese bekannten Spiegellinsensysteme besitzen Öff-
nungsverhältnisse
bis höchstens i : 4 und, sind demzufolge für die genannten Zwecke zu lichtschwach,
weil
meist nur sehr geringe@Ul'irarotintensitäten zur Verfügung stehen. Das"Helligkeitsverhältnis
zwischen Systemen mit einem Öffnungsverhältnis von i : 4. zu Systemen ähnlicher
Bauart finit einem Öffnungsverhältnis von i : 1,.5 beträgt 16 : 2,3-
Zur Erzielung großer Öffnungsverhältnisse ist es nötig, den beiden ersten Gliedern
starke Brechkräfte zu geben. Unter Brechkraft ist dabei der Kehrwert der Brennweite
zu verstehen. Abgesehen davon, daß durch diese Maßnahme die mechanische Schnittweite
des Gesamtsystems so klein wird, daß die Bildebene in das optische System hineinfällt,
ist es nicht möglich, mit starken Brechkräften in den beiden ersten Gliedern die
geforderte Bildqualität zu erhalten. Fällt die Bildebene aber in .das 'optische
System hinein, so macht die Auswechslung des Auffängers, der ja in der Bildebene
angeordnet werden muß, erhebliche Schwierigkeiten. Da die Phosphorschicht aber immer
wieder erregt werden muß, so findet ihre Auswechslung verhältnismäßig oft statt.
-
Die Erfindung geht aus von einem optischen System, bestehend aus drei
einzelnen Gliedern, von denen das im `'erlauf .der Abbildungsstrahlen an erster
Stelle stehende Glied als Linse und die beiden anderen Glieder als Spiegel ausgebildet
sind, für Geräte, die zum Betrachten von Bildern, zum Photographieren von Gegenständen
und zum Si gn.alis.ieren mit ultraroten Strahlen oder zum Nachweis derselben dienen,
bei denen als Auffänger eine Phosphorschicht oder ein anderer für den Nachweis der
Ultrarotstrahlun.g geeigneter Empfänger Verwendung findet. Erfindungsgemäß verhalten
sich die Einzelbrennweiten der drei Glieder unter der Voraussetzung, daß sich der
freie Durchmesser des Systems zu der durch den Fangspiegel bewirkten Abschattung
wie 1,5 : i verhält und dessen mechanische Schnittweite mindestens 1A der Gesamtbrennweite
beträgt, wie 2,8: 1,8..3. Gleichzeitig liegt das Radienverhältnis der Linse zwischen
i : 2,5 und 2,5 : i, während der unverspiegelte Radius des Hauptspiegels io°/o größer
oder kleiner als die Gesamtbrennweite und das Verhältnis der Radien des Hauptspiegels
annähernd i : 3 ist. Mit einem derartigen System lassen sich die zur Lösung der
Aufgabe gestellten Anforderungen an Auflösung, Kontrast, Helligkeit und Bildwinkel
erfüllen.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines solchen Systems
dargestellt. Das optische System besteht aus der Linse i, dem Hauptspiegel 2 und
dem Fangspiegel 3. In der Bildebene d. dieses Systems befindet sich die als Auffänger
dienende Phosphorschicht o. dgl. Alle diese Teile sind zweckmäßig in einem nicht
mitgezeichneten Gehäuse untergebracht.
-
Die beiden Radien der Linse r sind mit r1 und r., diejenigen des Hauptspiegels
2 mit `#; und r4 und diejenigen des Fangspiegels 3 niit r5 und r6 bezeichnet. Der
freie Durchmesser der Linse i trägt die Bezeichnung -erL und der Durchmesserdes
Fangspiegels 3, der eine Abschattung des Lichteintrittes in das Gesamtsystem i,
°2. 3 bewirkt, die Bezeichnung -6'r:. Die Richtung des Lichteinfalles und seine
Weiterleitung durch das System ist durch Pfeile kenntlich gemacht. Bei parallel
zur Achse einfallendem Licht ergibt sich dabei der Punkt 5 in der Bildebene .4,
bei schräg zur Achse einfallendem Licht dagegen ein Punkt 6.
-
Werden die vom Fangspiegel 3 zum Punkt 5 verlaufenden Strahlen nach
rückwärts verlängert bis zu ihrem Schnittpunkt mit den zugehörigen Strahlen des
parallel einfallenden Lichtes, so erhält man die Hauptebene des aus der Linse i"dem
Hauptspiegel :2 und dein Fangspiegel 3 bestehenden optischen System. Der Abstand
der Hauptebene von dem Punkt der Bildebene .l ist die Gesamtbrennweite dieses Systems.
In der Zeichnung sind ferner noch die optische Schnittweite und die ineclianische
Schnittweite angegeben.
-
Bei der Verteilung der Brechkräfte auf alle drei Glieder des optischen
Systems i, 2, 3 muß zur möglichst großen Ausnutzung der Lichteintrittsfläche dafür
Sorge getragen werden, daß -der Fangspiegel 3 nicht zu groß wird. Aus den Bedingungen
einer großen Schnittweite- und einer geringen zentralen Abschattung sind .die Einzelbrennweiten
der drei Glieder i, 2 und 3 bestimmt. Bei einem V erhältnis des freien Durchmessers
-O'L zu der durch den Fangspiegel 3 bewirkten Abschattung von 1,5 : i und einer
mechanischen Schnittweite von 'J, der Gesamtbrennweite verhalten sich die Brennweiten
der Einzelglieder (Linse i, Hauptspiegel 2 und Fangspiegel 3) wie 2,8 :
1,8 : 3. Bei Einhaltung dieser Verhältniszahlen ergibt sich eine brauchbare
mechanische Schnittweite und eine möglichst große Ausnutzung, d. h. kleine Abschattung
der Eintrittsfläche, da sich der Durchmesser -0"L der freien Öffnung zum Durchmesser
.S'p des Fangspiegels 3 wie 1,5 : i verhält. Gleichzeitig ermöglicht das genannte
Brennweitenverhältnis eine günstige Korrektion der Bildfehler. Die Fehler des ersten
Gliedes (Linse i) kompensieren zum großen Teil die Fehler, die durch die wesentlich
stärkere Brechkraft des Hauptspiegels auftreten. Verhalten sich die Radien r1 und
r= der Linse i zwischen i ::z,5 und 2,5 : i, so ist eine guteKorrektion bei gleichzeitiger
Durchbiegung des Hauptspiegels 2 möglich. Dabei
darf das Verhältnis
der Radien r3 : r, des Hauptspiegels 2 nicht wesentlich von i : 3 abweichen,
da sonst die Fehler des Hauptspiegels 2 zu groß werden, um kompensierbar zu sein.
Der Erhalt geringer, Farbabweichungen und sphärischer Abweichungen ist nur möglich,
wenn. der Radius r3 des Hauptspiegels etwa 1o0/0 größer oder kleiner alsdieGesamtbrenn-,veite
ist. In diesem Fall .ist auch die sphärische Aberration schräg einfallender Strahlen
bei einem Bildfeld von 1o° gut zu beheben.
-
Die an einderartiges Gerät gestellten praktischen Anforderungen bringen
es mit sich, daß auch das Sekundärspektrum behoben werden muß. Dies läßt -sich dadurch
erreichen, daß, beide Spiegel und ;die Linse aus denselben oder aus optisch benachbarten
Gläsern gefertigt werden. Unter optisch benachbarten Gläsern -sind dabei Gläser
verstanden, deren Brechungszahlen gleich sind oder den gleichen oder einen ähnlichen
Verlauf im Spektrum zeigen.
-
Für ein erfindungsgemäßes optisches System ergeben sich bei einer
bestimmten Glasart (nd = 15183, v = 6o,2) z. B. folgende Abmessungen, auf eine Gesamtbrennweite
von zoomm bezogen: ri = -I- 457 mm r2 = - 248 mm r3 = - 92 mm r4 = - i 8o mm r5
= - 687 mm y'0 = -f- 1374 mm Für die in der Achse gemessenen Dicken der optischen
Glieder ergeben sich folgende Werte: 8,9 mm für die Linse i, 4,6 mm für den Hauptspiegel
2 und 2,5 mm für den Fangspiegel 3. Der Abstand der Linse i vom Hauptspiegel 2,
d.. h. die in Richtung -der Achse gemessene Entfernung der Schnittpunkte der Radien
r2 und r3 mit der Achse beträgt 30,2 mm. Der Abstand des Hauptspiegels 2
vom Fangspiegel 3, d. h. die in Richtung .der Achse gemessene Entfernung der Schnittpunkte
der Radien r3 und. r5 mit der Achse beträgt 344 mm.